Подходит ли пескоструйная очистка для всех металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере?

一, Основная работа и ограничения пескоструйной технологии
1. Основная цель пескоструйной обработки
При пескоструйной очистке сжатый воздух очень быстро выталкивает абразивы, такие как кварцевый песок, алмазный песок, стеклянные шарики и другие, на поверхность деталей. Это имеет следующие эффекты:
Очистка поверхности: Избавьтесь от грязи, такой как оксидная накипь, масляные пятна и несплавившийся порошок;
Контроль шероховатости: Изменение шероховатости поверхности (Ra 0,8–6,3 мкм) путем изменения размера абразивных частиц (80–240 меш) и давления струи (0,2–0,8 МПа). Снятие напряжения: удар может помочь избавиться от напряжения, оставшегося после печати, и снизить вероятность деформации.
Предварительная обработка покрытия: придание поверхности шероховатости, чтобы покрытие лучше прилипло (например, нанесение гидроксиапатита на поверхность имплантатов из титанового сплава).
2. Чего не может сделать пескоструйная очистка
Риск тонкостенных-конструкций. Давление струи может изменить форму или образовать отверстия в тонкостенных-деталях (толщина < 0,5 мм). Слепые пятна при сложной обработке полостей: в отверстия или внутренние каналы диаметром менее 2 мм трудно попасть, а остатки порошка необходимо очищать химическим путем.
Риск повреждения поверхности: твердые абразивы, такие как карбид кремния, могут поцарапать поверхность мягких металлов, таких как алюминиевые сплавы.
Потеря точности. Слишком частая пескоструйная обработка может повредить мелкие детали, такие как резьба и микроструктуры, которые позже придется исправлять с помощью обработки на станке с ЧПУ.
2. Влияние свойств материала на полезность пескоструйной обработки.
Твердость, пластичность и склонность к окислению различных металлов напрямую влияют на выбор параметров процесса пескоструйной обработки:
1. Титановый сплав (Ti6Al4V)
Применимость: Это лучший материал для изготовления лопаток авиационных двигателей и ортопедических имплантатов, поскольку он очень прочный и не ржавеет. Пескоструйная очистка позволяет избавиться от поверхностного оксидного налета и улучшить прилипание покрытий.
Оптимизация процесса:
Выбор абразива: используйте стеклянные шарики или песок из глинозема вместо карбида кремния, чтобы не поцарапать поверхность.
Контроль давления. Чтобы тонкостенные конструкции не-прогибались, давление распыления должно быть менее 0,4 МПа.
После пескоструйной обработки необходима промывка кислотой (HF+HNO3), чтобы избавиться от въевшегося абразива. Затем поверхность полируется до медицинского-класса с использованием Ra.<0.8 μ m.
2. Алюминиевый сплав (AlSi10Mg)
Полезность: поскольку он легкий, его часто используют в автомобильных деталях. Но поверхность алюминиевого сплава легко окисляется, и при пескоструйной очистке необходимо найти баланс между чистотой и гладкостью.
Улучшение процесса:
Выбор абразива: белый корундовый или гранатовый песок с частицами размером от 120 до 180 меш;
Чтобы предотвратить снижение усталостной прочности, регулирование давления должно составлять от 0,3 до 0,5 МПа, чтобы предотвратить слишком сильное огрубление.
Чтобы остановить повторное-окисление, проведите анодирование или обработку покрытием сразу после пескоструйной обработки.
3. Нержавеющая сталь (316L).
Использование: поскольку он не ржавеет, он является основным материалом для пищевого и химического оборудования. Пескоструйная очистка может сделать поверхность более ровной, но нужно быть осторожным, чтобы не повредить поверхность под ней.
Улучшение процесса:
Выбор абразива: гранулы из нержавеющей стали или керамические шарики, чтобы феррит не попал в смесь;
Контроль давления: 0,5–0,7 МПа, что обеспечивает чистоту внутренней стенки глубокой скважины.
Стандарт тестирования: флюоресцентное пенетрантное тестирование (PT) необходимо проводить после пескоструйной обработки, чтобы убедиться в отсутствии трещин.
4. Жаропрочный-сплав на основе никеля (Инконель 718).
Применимость: Детали, работающие при высоких температурах, например, диски турбин в авиационных двигателях, должны выдерживать очень суровые условия. Пескоструйная обработка может снять напряжение во время печати, однако важно остановить межкристаллитную коррозию.
Улучшение процесса:
Выберите абразив: песок из глинозема или песок из карбида кремния с размером частиц от 80 до 120 меш.
Контролируйте давление: от 0,6 до 0,8 МПа, чтобы получить эффект шероховатости;
После пескоструйной обработки необходима обработка раствором (изоляция 1080 градусов в течение 1 часа), чтобы устранить любые повреждения, возникшие под поверхностью.
3. Проблема, которую представляет структура деталей для процедуры пескоструйной обработки.
1. Тонкостенные-легкие конструкции.
Случай: После пескоструйной обработки специфический авиационный кронштейн (с толщиной стенки 0,3мм) изменил форму на 15%, из-за чего сборка вышла из строя.
Решение: используйте пескоструйную очистку под низким-давлением (0,2–0,3 МПа) и вращающиеся приспособления для равномерного распределения силы удара.
Чтобы избежать механических повреждений, вместо этого можно использовать химическую полировку (азотной и плавиковой кислотой) или электролитическую полировку.
2. Сложный просвет и микропористая структура.
Случай: После пескоструйной обработки степень засорения остаточного порошка определенной топливной форсунки (с внутренним диаметром канала 1,5 мм) достигает 30%.
Решение: Для избавления от крупнозернистых порошков проводится вибрационное просеивание;
Чтобы убедиться, что внутренняя часть полости чистая в соответствии с ISO 16232-10, класс 5, мы используем комбинацию пескоструйной обработки и ультразвуковой очистки (частота 40 кГц, 10 минут).
3. Поверхность с точными функциями.
Например, после пескоструйной обработки гладкость оптической формы с шероховатостью поверхности Ra<0.2 μ m was lowered to Ra 1.6 μ m, which does not match the standards for injection molding.
Решение: используйте магнитореологическую полировку (MRF) или жидкостную полировку, чтобы добиться суб-микронной точности;
Сегментированная обработка: пескоструйная обработка используется только для придания шероховатости неподходящим участкам, а ручная полировка используется только для сглаживания подходящих участков.
4. Будущее пескоструйной технологии.
1. Умное управление
Разработка: система, сочетающая в себе машинное зрение и силовую обратную связь, а также возможность изменять давление и угол распыления в реальном времени, чтобы избежать избыточного или недостаточного распыления.
Пескоструйная машина IEPCO в Германии достигла уровня управления с замкнутым-контуром, что позволяет поддерживать скорость деформации тонкостенных-деталей ниже 0,1 %.
2. Экологически чистая модернизация: использование перерабатываемых абразивов (например, керамических шариков) и пескоструйной обработки сухим льдом для сокращения загрязнения пылью и затрат на избавление от мусора.
Данные: По сравнению с обычными методами пескоструйная очистка сухим льдом потребляет на 40% меньше энергии и не оставляет химических остатков, что соответствует правилам REACH.
3. Интеграция сложных процессов
Разработка: использование пескоструйной обработки, лазерной очистки, плазменного напыления и других технологий вместе, чтобы обеспечить единую обработку для «очистки покрытия, придающего шероховатость».
Случай: Процедура «пескоструйная обработка+лазерная наплавка» применяется на лопатке определенного авиационного двигателя. Это сокращает время обработки с 72 часов до 24 часов.